Последовательность расчета цилиндрических зубчатых передач

Стр 1 из 10Следующая ⇒

Nbsp; В.А. Нилов Р.А. Жилин О.К. Битюцких А.В. Демидов выполнение Расчётно-графического задания по ДИСЦИПЛИНЕ «детали машин И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ»

Учебное пособие

Воронеж 2014

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»

Воронеж 2014

В.А. Нилов Р.А. Жилин
О.К. Битюцких А.В. Демидов

выполнение
Расчётно-графического задания
по ДИСЦИПЛИНЕ «детали машин
И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ»

Утверждено Редакционно-издательским
советом университета в качестве
учебного пособия

УДК 621.81(075.8)

Выполнение расчётно-графического задания по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»: учеб. пособие / В.А. Нилов, Р.А. Жилин, О.К. Битюцких, А.В. Демидов. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. 113 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы расчета и конструирования одноступенчатых редукторов. Особое внимание уделено освещению вопросов, связанных с применением современных расчётных средств и приобретению навыков конструирования, обеспечивающих рациональный выбор материалов, форм, размеров и способа изготовления типовых деталей машин.

Табл. 17. Ил. 26. Библиогр.: 6 назв.

Рецензенты: кафедра технической механики Воронежского государственного университета инженерных технологий (зам. зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.Г. Егоров);

д-р техн. наук, проф. В.А. Нилов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой профессор Кузовкин В.А.

ã Нилов В.А., Жилин Р.А., Битюцких О.К., Демидов А.В., 2014

ã Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014

Издаётся по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного технического университета

введение

Современное общество отличается от первобытного использованием машин.

Применение предметов, усиливающих возможности рук (палки, камни), и особенно освоение дополнительных источников энергии (костёр, лошадь) не только позволило человечеству выжить, но и обеспечило в дальнейшем победу над превосходящими силами природы.

Жизнь людей, даже самых отсталых племён, теперь немыслима без различных механических устройств и приспособлений.

И хотя различные механические хитрости использовались уже в древнем Египте при строительстве пирамид, всерьёз говорить о применении машин можно лишь с эпохи промышленной революции XVIII века, когда изобретение паровой машины дало гигантский технологический рывок и сформировало современный мир в его нынешнем виде. Здесь важен энергетический аспект проблемы.

С тех же пор наметились основные закономерности устройства и функционирования механизмов и машин, сложились наиболее рациональные и удобные формы их составных частей — деталей. В процессе механизации производства и транспорта, по мере увеличения нагрузок и сложности конструкций, возросла потребность не только в интуитивном, но и в научном подходе к созданию и эксплуатации машин.

Развитие промышленности потребовало большого количества инженеров-механиков. Поэтому в ведущих университетах Запада уже с 30-х годов XIX века, а в Санкт-Петербургском университете с 1892 года читается самостоятельный курс «Детали машин». Без этого курса теперь невозможна подготовка инженера-механика любой специальности.

Требования к оформлению
расчетно-графических заданий

Расчетно-графические задания по курсу «Детали машин и основы конструирования» выполняется рукописным или машинописным способом с одной стороны листа формата А4.

На титульном листе приводятся следующие данные:

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение по высшему профессиональному образованию «Воронежский государственный технический университет»;

кафедра проектирования механизмов и подъемно-транспортных машин;

наименование работы;

номера задания и варианта;

фамилия и инициалы студента, шифр и номер группы, факультет;

фамилия и инициалы преподавателя;

город, год.

1. Расчетно-графические задания должны содержать: задание, расчёт с необходимыми пояснениями и рисунками, выводы.

2. Схемы, рисунки и графики выполняются карандашом с помощью чертёжных инструментов.

Варианты заданий

Задача № 1

1. Рассчитать закрытую цилиндрическую прямозубую передачу.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи.

Рис. 1.1. Схема редуктора

Рис. 1.2. График нагрузки

Задача № 2

1. Рассчитать закрытую коническую косозубую передачу.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи.

Рис. 1.3. Схема редуктора

Рис. 1.4. График нагрузки

Таблица 1

Исходные данные задачи № 1

Номер варианта	N₂	n₁	n₂	L	n, сут	К, год
1	10	750	125	7	0,3	0,7
2	11	750	150	6	0,4	0,6
3	12	750	175	5	0,5	0,5
4	13	750	200	4	0,6	0,4
5	14	750	225	5	0,7	0,3
6	15	750	250	6	0,8	0,4
7	16	750	275	7	0,	0,5
8	17	1000	175	3	70,6	0,8
9	18	1000	200	4	0,5	0,6
10	19	1000	225	5	0,4	0,7
11	20	1000	250	6	0,5	0,8
12	21	1000	275	7	0,6	0,7
13	22	1000	300	8	0,7	0,6
14	23	1000	325	7	0,8	0,5
15	24	1000	350	6	0,9	0,4
16	25	1500	300	5	0,8	0,3
17	24	1500	325	4	0,7	0,4
18	23	1500	350	3	0,6	0,5
19	22	1500	375	4	0,5	0,6
20	21	1500	400	5	0,4	0,7
21	20	1500	425	6	0,3	0,8
22	19	1500	450	7	0,4	0,7
23	18	3000	500	8	0,5	0,6
24	17	3000	525	7	0,6	0,5
25	16	3000	550	6	0,7	0,4
26	15	3000	575	5	0,8	0,3
27	14	3000	600	4	0,9	0,4
28	13	3000	625	8	0,8	0,5
29	12	3000	650	7	0,7	0,6
30	11	3000	675	6	0,6	0,3

Таблица 2

Исходные данные задачи № 2

Номер варианта	N₂	n₁	n₂	L	n, сут	К, год
1	50	1500	450	5	0,5	0,8
2	70	1500	400	6	0,6	0,7
3	65	1500	250	7	0,7	0,6
4	60	1500	350	8	0,8	0,5
5	55	1500	700	9	0,5	0,4
6	50	3000	1500	10	0,6	0,3
7	45	3000	750	9	0,7	0,4
8	40	3000	375	8	0,8	0,5
9	35	3000	500	7	0,9	0,6
10	30	3000	1000	6	0,8	0,7
11	28	3000	600	5	0,6	0,8
12	26	3000	700	4	0,5	0,9
13	24	1500	400	4	0,4	0,8
14	22	1500	375	5	0,3	0,7
15	20	1500	325	6	0,9	0,6
16	18	1500	300	7	0,8	0,5
17	16	1500	425	8	0,7	0,4
18	14	1500	475	9	0,6	0,3
19	12	1500	525	10	0,5	0,6
20	11	1000	200	9	0,4	0,7
21	10	1000	225	8	0,3	0,8
22	9	1000	250	7	0,4	0,8
23	8	1000	275	6	0,5	0,7
24	7	1000	300	5	0,6	0,7
25	6	1000	325	6	0,7	0,8
26	5	750	150	7	0,8	0,6
27	4	750	175	8	0,9	0,5
28	3	750	190	9	0,7	0,4
29	2	750	210	7	0,6	0,8
30	1	750	240	4	0,5	0,7

Задача № 3

1. Рассчитать закрытую цилиндрическую косозубую передачу.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи.

Рис. 1.5. Схема редуктора

Рис. 1.6. График нагрузки

Задача № 4

1. Рассчитать закрытую коническую прямозубую передачу.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи

Рис. 1.7. Схема редуктора

Рис. 1.8. График нагрузки

Таблица 3

Исходные данные задачи № 3

Номер варианта	N₂	n₁	n₂	L	n, сут	К, год
1	20	3000	1115	4	0,7	0,6
2	22	3000	925	5	0,8	0,7
3	24	3000	810	6	0,6	0,5
4	26	3000	725	7	0,5	0,6
5	28	3000	600	8	0,4	0,3
6	30	1500	550	9	0,3	0,4
7	32	1500	520	10	0,2	0,8
8	34	1500	425	4	0,4	0,6
9	36	1500	525	5	0,6	0,3
10	38	1500	410	6	0,5	0,8
11	40	1250	350	7	0,6	0,7
12	42	1250	295	8	0,7	0,5
13	44	1250	245	9	0,8	0,4
14	46	1250	210	10	0,7	0,5
15	48	1250	290	8	0,6	0,8
16	50	1000	295	9	0,5	0,9
17	52	1000	240	7	0,4	0,7
18	54	1000	195	6	0,3	0,6
19	56	1000	160	5	0,2	0,9
20	58	1000	405	4	0,3	0,8
21	60	1000	315	5	0,4	0,6
22	62	850	245	6	0,5	0,7
23	64	850	210	7	0,6	0,5
24	66	850	165	8	0,7	0,5
25	68	850	150	9	0,8	0,4
26	56	700	240	8	0,7	0,3
27	58	700	215	7	0,6	0,5
28	50	700	165	6	0,5	0,7
29	54	700	130	5	0,4	0,8
30	52	700	115	4	0,3	0,9

Таблица 4

Исходные данные для задачи № 4

Номер варианта	N₂	n₁	n₂	L	n, сут	К, год
1	1,2	650	105	9	0,3	0,5
2	1,4	650	130	8	0,4	0,6
3	1,6	650	165	7	0,5	0,7
4	1,8	650	210	5	0,6	0,3
5	2,0	750	200	3	0,7	0,4
6	2,2	750	230	4	0,8	0,5
7	2,4	750	275	6	0,7	0,3
8	2,8	750	310	8	0,6	0,4
9	3,0	750	380	9	0,5	0,7
10	3,2	900	150	7	0,4	0,8
11	3,4	900	175	5	0,3	0,9
12	3,6	900	210	3	0,2	0,7
13	3,8	900	265	4	0,3	0,6
14	4,0	900	320	6	0,4	0,5
15	4,2	1100	200	8	0,5	0,4
16	4,4	1100	245	9	0,6	0,3
17	4,6	1100	290	7	0,7	0,5
18	4,8	1100	315	5	0,8	0,4
19	5,0	1100	480	3	0,7	0,3
20	6,2	1250	260	4	0,6	0,3
21	7,2	1250	285	6	0,5	0,4
22	8,2	1250	315	8	0,4	0,6
23	9,2	1250	410	7	0,3	0,7
24	10,2	1250	440	5	0,2	0,8
25	11,2	1500	310	4	0,4	0,9
26	13	1500	340	6	0,3	0,8
27	15	1500	365	7	0,5	0,6
28	17	1500	515	8	0,7	0,4
29	19	1500	620	4	0,4	0,7
30	21	3000	600	5	0,5	0,6

Задача № 5

1. Рассчитать закрытую червячную передачу.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи

Рис. 1.9. Схема редуктора

Рис. 1.10. График нагрузки

Задача № 6

1. Рассчитать закрытую цилиндрическую шевронную передачу.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи

Рис. 1.11. Схема редуктора

Рис. 1.12. График нагрузки

Таблица 5

Исходные данные для задачи № 5

Номер варианта	N₂	n₁	n₂	L	n, сут	К, год
1	0,5	1200	220	7	0,4	0,8
2	0,7	200	260	6	0,5	0,7
3	0,9	1200	295	5	0,6	0,5
4	1,1	1200	315	4	0,7	0,4
5	1,3	1200	430	6	0,8	0,7
6	1,5	1500	260	8	0,7	0,4
7	1,7	1500	290	10	0,6	0,5
8	1,9	1500	340	9	0,5	0,7
9	2,0	1500	395	7	0,4	0,8
10	2,5	1500	480	5	0,3	0,9
11	3,5	750	125	6	0,2	0,7
12	4,5	750	250	8	0,8	0,3
13	5,5	750	310	5	0,6	0,4
14	9	750	260	6	0,4	0,6
15	13	750	340	7	0,2	0,9
16	17	3000	510	10	0,3	0,8
17	21	3000	485	11	0,5	0,4
18	25	3000	450	9	0,7	0,5
19	29	3000	675	8	0,8	0,6
20	35	3000	870	7	0,7	0,6
21	40	1000	190	4	0,6	0,8
22	45	1000	215	5	0,5	0,3
23	50	1000	285	6	0,4	0,7
24	55	1000	360	7	0,3	0,8
25	60	1000	425	8	0,2	0,9
26	55	600	105	9	0,3	0,7
27	50	600	130	10	0,4	0,5
28	45	600	170	4	0,5	0,6
29	40	600	190	6	0,6	0,7
30	35	600	285	7	0,7	0,8

Таблица 6

Исходные данные для задачи № 6

Номер варианта	N₂	n₁	n₂	L	n, сут	К, год
1	70	600	105	5	0,5	0,8
2	65	600	135	6	0,6	0,7
3	60	600	165	7	0,7	0,6
4	55	600	210	8	0,8	0,5
5	50	600	255	9	0,7	0,4
6	45	950	290	10	0,6	0,5
7	40	950	160	11	0,5	0,7
8	37	950	210	6	0,4	0,8
9	34	950	260	8	03,	0,9
10	31	950	310	10	0,2	0,7
11	28	1100	330	5	0,3	0,8
12	25	1100	345	7	0,4	0,7
13	22	1100	385	9	0,5	0,6
14	20	1100	180	11	0,6	0,4
15	18	1100	230	10	0,7	0,5
16	16	1100	250	8	0,8	0,4
17	14	1400	225	6	0,7	0,3
18	12	1400	255	4	0,6	0,5
19	10	1400	280	5	0,5	0,7
20	9	1400	340	7	0,4	0,3
21	8	1400	370	9	0,3	0,6
22	7,5	2000	325	11	0,2	0,8
23	6,5	2000	350	10	0,3	0,7
24	6	2000	400	9	0,4	0,5
25	5,5	2000	420	8	0,5	0,6
26	5	3000	520	7	0,6	0,5
27	4,5	3000	550	6	0,7	0,4
28	4	3000	600	7	0,8	0,5
29	3,5	3000	720	8	0,7	0,6
30	3	3000	850	9	0,6	0,7

Задача № 7

1. Рассчитать планетарную передачу. Нагрузка постоянная. Срок службы длительный.

2. Рассчитать и сконструировать ведомый вал передачи.

Рис. 1.13. Схема редуктора

Таблица 7

Исходные данные для задачи 7

Величина	Вариант
Величина	1	2	3	4	5	6		7
Nа, кВт	6	8	10	12	14	16		18
n_h, об/мин	1600	1500	1400	1300	1200	1100		1000
n_а, об/мин	500	450	400	300	200	250		150
Величина	Вариант
Величина	8	9	10	11	12	13	14
Nа, кВт	20	22	24	26	3	5	7
n_h, об/мин	900	800	700	600	2000	1900	1800
n_а, об/мин	180	100	90	80	400	350	300

Материалы и термообработка

Практикой эксплуатации и специальными исследованиями установлено, что нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев, определяется в основном твердостью материала. Высокую твердость в сочетании с другими характеристиками, а следовательно, малые габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колес из сталей, подвергнутых термообработке. Сталь в настоящее время — основной материал для изготовления зубчатых колес и в особенности для зубчатых колес высоконагруженных передач..

В зависимости от твердости (или термообработки) стальные зубчатые, колеса разделяют на две основные группы: твердостью Н £ 350 НВ — зубчатые колеса, нормализованные или улучшенные; твердостью Н > 350 НВ — с объемной закалкой, закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием и др. Эти группы различны по технологии, нагрузочной способности и способности к приработке.

Твердость материала Н £ 350 НВ позволяет производить чистовое нарезание зубьев после термообработки. При этом можно получать высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифовки, притирки и т. п.). Колеса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуют назначать больше твердости колеса не менее чем на 10...15 единиц:

H₁³ H₂ + (10...15) HB

Технологические преимущества материала при Н < 3 50 НВ обеспечили ему широкое распространение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами, термическая обработка которых затруднена.

При Н>350 НВ (вторая группа материалов) твердость выражается обычно в единицах Роквелла— HRC (1HRC » 10 HB).

Специальные виды термообработки позволяют получить твердость Н=(50...60) HRC. При этом допускаемые контактные напряжения увеличиваются до двух раз, а нагрузочная способность передачи—до четырех раз по сравнению с нормализованными или улучшенными сталями. Возрастают также износостойкость и стойкость против заедания.

Применение высокотвердых материалов является большим резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач. Однако с высокой твердостью связаны некоторые дополнительные трудности:

1. Высокотвердые материалы плохо прирабатываются, поэтому они требуют повышенной точности изготовления, повышенной жесткости валов и опор, желательно фланкирование зубьев прямозубых колес.

2. Нарезание зубьев при высокой твердости затруднено, поэтому термообработку выполняют после нарезания. Некоторые виды термообработки (объемная закалка, цементация) сопровождаются значительным короблением зубьев. Для исправления формы зубьев требуются дополнительные операции: шлифовка, притирка, обкатка и т. п. Эти трудности проще преодолеть в условиях крупносерийного и массового производства, когда окупаются затраты на специальное оборудование, инструменты и приспособления. В изделиях крупносерийного и массового производства применяют, как правило, колеса с высокотвердыми зубьями.

Объемная закалка — наиболее простой способ получения высокой твердости зубьев. При этом зуб становится твердым по всему объему. Для объемной закалки используют углеродистые и легированные стали со средним содержанием углерода 0,35...0,5% (стали 45, 40Х, 40ХН и т. д.). Твердость на поверхности зуба 45...55 HRC.

Недостатки объемной закалки: коробление зубьев и необходимость последующих отделочных операций, понижение изгибной прочности при ударных нагрузках (материал приобретает хрупкость); ограничение размеров заготовок, которые могут воспринимать объемную закалку. Последнее связано с тем, что для получения необходимой твердости при закалке скорость охлаждения не должна быть ниже критической. С увеличением размеров сечений детали скорость охлаждения падает, и если ее значение будет меньше критической, то получается так называемая мягкая закалка. Мягкая закалка дает пониженную твердость.

Объемную закалку во многих случаях заменяют поверхностными термическими и химико-термическими видами обработки,, которые обеспечивают высокую поверхностную твердость (высокую контактную прочность) при сохранении вязкой сердцевины зуба (высокой изгибной прочности при ударных нагрузках).

Поверхностная закалка токами высокой частоты или пламенем ацетиленовой горелки обеспечивает Н = (48...54) HRC и применима для сравнительно крупных зубьев (m ³ 5 мм). При малых модулях опасно прокаливание зуба насквозь, что делает зуб хрупким и сопровождается его короблением. При относительно тонком поверхностном закаливании зуб искажается мало. И все же без дополнительных отделочных операций трудно обеспечить степень точности выше 8-й. Закалка ТВЧ требует специального оборудования и строгого соблюдения режимов обработки. Стоимость обработки ТВЧ значительно возрастает с увеличением размеров колес. Для поверхностной закалки используют стали 40Х, 40ХН, 45 и др.

Цементация (насыщение углеродом поверхностного слоя с последующей закалкой) — длительный и дорогой процесс. Однако она обеспечивает очень высокую твердость (58....63HRC). При закалке после цементации форма зуба искажается, а поэтому требуются отделочные операции. Для цементации применяют низкоуглеродистые стали простые (сталь 15 и 20) и легированные (20Х, 12ХНЗА и др.). Легированные стали обеспечивают повышенную прочность сердцевины и этим предохраняют продавливание хрупкого поверхностного слоя при перегрузках. Глубина цементации около 0,1 ...0,15 от толщины зуба, но не более 1,5...2 мм.

При цементации хорошо сочетаются весьма высокие контактная и изгибная прочности. Ее применяют в изделиях, где масса и габариты имеют решающее значение (транспорт, авиация и т. п.).

Нитроцементация - насыщение углеродом в газовой среде. При этом по сравнению с цементацией сокращаются длительность и стоимость процесса,- упрочняется тонкий поверхностный слой (0,3...0,8 мм) до 60...63 HRC, коробление уменьшается, что позволяет избавиться от последующего шлифования. Нитроцементация удобна в массовом производстве и получила широкое применение в редукторах общего назначения, в автомобилестроении и других отраслях - материалы 25ХГМ, 25ХГТ и др.

Азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом) обеспечивает не меньшую твердость, чем при цементации.

Малая толщина твердого слоя (около 0,1...0,6 мм) делает зубья чувствительными к перегрузкам и непригодными для работы в условиях повышенного абразивного износа (например, плохая защита от загрязнения). Степень коробления при азотировании мала. Поэтому этот вид термообработки особенно целесообразно применять в тех случаях, когда трудно выполнить шлифование зубьев (например, колеса с внутренними зубьями). Для азотируемых колес применяют молибденовую сталь 38ХМЮА или ее заменители 38ХВФЮА и 38ХЮА. Заготовку зубчатого колеса, предназначенного для азотирования, подвергают улучшению в целях повышения прочности сердцевины.

При отсутствии абразивного износа целесообразно применять так называемое мягкое азотирование на глубину 10...15 мкм. Оно значительно проще, обеспечивает минимальное коробление и позволяет получать зубья 7-й степени точности без отделочных операций. Для мягкого азотирования применяют улучшенные хромистые стали типа 40Х, 40ХФА, 40Х2НМА.

Как было отмечено, высокая твердость зубьев значительно повышает их контактную прочность. В этих условиях решающей может оказаться не контактная, а изгибная прочность. Для повышения изгибной прочности высокотвердых зубьев рекомендуют проводить упрочнение галтелей путем дробеструйного наклепа, накатки и т. п.

В зависимости от способа получения заготовки различают литые, кованые, штампованные колеса и колеса, изготовляемые из круглого проката. Стальное литье обладает пониженной прочностью и используется обычно для колес крупных размеров, работающих в паре с кованой шестерней.

Чугун применяют главным образом для изготовления крупногабаритных, тихоходных колес и колес открытых зубчатых передач. Основной недостаток чугуна — пониженная прочность по напряжению изгиба. Однако чугун хорошо противостоит усталостному выкрашиванию и заеданию в условиях скудной смазки. Он не дорог и обладает хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатывается. Разработанные новые сорта модифицированного чугуна позволяют чугунному литью конкурировать со стальным литьем также и в закрытых передачах. Для изготовления зубчатых колес применяют серый и модифицированный чугун, а также магниевый чугун с шаровидным графитом (см. ГОСТ 1412—85).

Из пластмасс для изготовления зубчатых колес находят применение главным образом, текстолит ( E=6000...8000 МПа) и лигнофоль (E=10000...12000 МПа), а также полиамиды типа капрона. Из пластмассы изготовляют обычно одно из зубчатых колес пары. Из-за сравнительно низкой нагрузочной способности пластмассовых колес их целесообразно применять в малонагруженных и кинематических передачах. В силовых передачах пластмассовые колеса используют только в отдельных случаях, например при необходимости обеспечить бесшумную работу высокоскоростной передачи, не прибегая к высокой точности изготовления, и вместе с тем при условии, что габариты этой передачи допускают повышенные размеры колес. Пластмассовые колеса целесообразно применять и в тех случаях, когда трудно обеспечить точное расположение валов (нет общего жесткого корпуса). Эти колеса менее чувствительны к неточностям сборки и изготовления благодаря малой жесткости, материала.

Последовательность расчета цилиндрических зубчатых передач

Исходные данные

Рис. 3.1. Схема редуктора

Рис. 3.2. График нагрузки

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 490; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!